Темную материю назвали продуктом распада темной энергии

Астрофизики предложили новое описание космологической постоянной, которая в общей теории относительности характеризует свойства вакуума. В разработанной физиками модели эта постоянная не неизменна, а медленно распадается на темную материю. Скорость этого процесса не зависит от внешних условий, а подчиняется исключительно внутренним свойствам самой темной энергии. Такая модель позволяет объяснить аномалию в наблюдаемых параметрах красных смещений. Статья ученых из Кореи, Франции, Индии и России опубликована в январском номере журнала Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. Препринт можно найти на сайте arXiv.org.

Темная материя и темная энергия вместе составляют около 95% всего вещества Вселенной, и при этом ученые мало знают о них. «Темные» составляющие Вселенной не испускают и не поглощают электромагнитное излучение, поэтому их невозможно непосредственно наблюдать. С другими составляющими Вселенной темная материя и темная энергия взаимодействуют только силой гравитации. Но именно эти две компоненты во многом определяют свойства.

Долгое время считалось, что темная материя неизменна, то есть ее плотность остается постоянной на протяжении миллиардов лет. Простейшая модель темной энергии — это предложенная Эйнштейном космологическая постоянная.

«Если Эйнштейн прав на 100%, то темная энергия неизменна и вечна. Но что, если он прав только, скажем, на 99,99%? – задается вопросом первый автор статьи, главный научный сотрудник ИТФ имени Л.Д. Ландау Алексей Старобинский. – Темной энергии в природе так много, что если бы даже ничтожная доля ее за 14 миллиардов лет, прошедших с периода Большого Взрыва, распалась на известные элементарные частицы, в том числе на фотоны – кванты света, то это был бы колоссальный новый источник полезной для человечества энергии».

Наблюдения показывают, что современная темная энергия качественно не отличается от первичной темной энергии, которая существовала на самых ранних этапах жизни Вселенной до Большого Взрыва, хотя их плотности энергии разнятся колоссально. Первичная темная энергия заведомо была метастабильной и давно распалась. Это позволяет предположить, что и современная темная энергия может проявлять те же свойства. Впрочем, наблюдения показали, что такой сценарий скорее всего невозможен.

В своей работе физики рассмотрели три возможных канала распада темной энергии. Первый подразумевает, что она распадается в точности как радиоактивные ядра – по экспоненциальному закону – на нечто, подобное ей самой (то есть бесструктурное), но имеющее другое уравнение состояния. Во втором случае предполагается, что темная энергия переходит в темную материю. Согласно третьему варианту, темная энергия распадается на гипотетическое темное излучение, которое качественно похоже на обычное излучение, но состоит из других безмассовых или очень легких частиц, практически не взаимодействующих с видимой материей.

«Анализ показал, что вторая модель лучше остальных позволяет объяснить как существующие космологические параметры наблюдаемой Вселенной, так и ее эволюцию в прошлом. Из нее вытекает, что время полураспада темной энергии по этому каналу не менее, чем в 17 раз превосходит возраст Вселенной. Другими словами, если распад темной энергии на темную материю и происходит, то он идет очень медленно», – поясняет Старобинский полученные результаты.

Стандартная модель предполагает, что космологическая постоянная строго неизменна. Проверить, так ли это, можно, измеряя так называемые барионные осцилляции – определенные корреляции в пространственном распределении далеких объектов, например, галактик или квазаров. Эти корреляции возникают из-за того, что в эпоху горячего Большого Взрыва Вселенная была однородной и изотропной. Если независимые наблюдения барионных осцилляций в более обширных группах далеких галактик и квазаров, а также другие тесты не опровергнут этот результат, его можно будет считать подтверждением описанной модели. В этом случае теоретические расчеты физиков предсказывают, что время полураспада темной энергии на темную материю конечно и составляет примерно 450 миллиардов лет.

Пресс-релизы о научных исследованиях, информацию о последних вышедших научных статьях и анонсы конференций, а также данные о выигранных грантах и премиях присылайте на адрес science@indicator.ru.